Mașina Asincronă Trifazată în Regim de Generator Conectat la Rețea și Autonom

MEMORIU JUSTIFICATIV

Am ales această lucrare deoarece în contextul energetic actual mondial producerea energiei de la surse neconvenţionale reprezintă un domeniu de mare interes. Unul dintre motivele cele mai importante care duc la necesitatea utilizării resurselor, neconvenţionale este acela că la nivel global este consumată o cantitate din ce în ce mai mare de materii prime (combustibili), care însă evident sunt limitate. Calcule estimative conduc la concluzia

că, în condiţiile în care în ultimele decenii consumul s-a dublat la aproape fiecare 10

ani, rezervele mondiale ar putea să se epuizeze într-un termen relativ scurt. Se dispune încă de resurse naturale suficiente, dar în condiţiile unei exploatări corespunzătoare şi a implementării unor resurse alternative eficiente.

Principalele surse de energie neconvenţionale sunt:

- Energia hidraulică - se preconizează utilizarea de centrale bazate pe energia mareelor, a valurilor, diferenţa de temperatură dintre diferitele straturi de apă, respectiv între apa şi atmosfera din regiunea polară.

- Energia solară - se preconizează utilizarea mult mai amplă a bateriilor solare cu celule fotovoltaice, respectiv a centralelor electrice solare cu ciclu termodinamic clasic.

- Energia combustibililor gazoşi – energia biomaselor, biogazul (centrale biogaz), hidrogen.

- Energia termică a pământului - utilizarea apelor termale, a gheizerelor.

- Energia eoliană - utilizarea ei este în prezent de mare actualitate.

Motorul asincron trifazat este la ora actuală cel mai utilizat tip de motor din gama motoarelor electrice rotative datorită fiabilităţii, simplităţii în exploatare şi mentenanţei minime necesare.

O caracteristică a maşinilor asincrone este faptul că viteza de rotaţie este puţin diferită de viteza câmpului învârtitor, de unde şi numele de asincrone. Ele pot funcţiona în regim de generator (mai puţin răspândit) sau de motor. Cea mai largă utilizare o au ca motoare electrice (în curent trifazat), fiind preferate faţă de celelalte tipuri de motoare prin construcţia mai simplă (deci şi mai ieftină), extinderea reţelelor de alimentare trifazate şi prin siguranţa în exploatare.

Maşinile electrice sunt utilizate în toate sferele de activitate ale omului. Ele formează practic, toate sursele de energie electrică şi elementele de acţionare în vederea efectuării unui lucru mecanic de către mecanisme şi instalaţii.

În vastul proces de conversie a energiei, un loc însemnat îl ocupă conversia electromagnetică care se realizează cu ajutorul maşinii electrice. Astfel, maşina care face conversia energiei mecanice în energie electrică se numeşte generator electric, iar cea care face conversia energiei electrice în energie mecanică, motor electric maşina electrică care, cu intervenţia energiei mecanice, modifică parametri unei transmisiuni de energie electrică tensiune, intensitate, frecvenţă se numeşte convertizor electromagnetic. Când maşina electrică primeşte atât energie mecanică cât şi energie electrică şi le transformă în căldură, prin efect Joule, ea are rol de frână.

Utilizarea motoarelor asincrone pe post de generator, implică evident avantaje şi dezavantaje. Din start e bine de ştiut că cele de mai jos sunt valabile în cazul utilizării, pe post de generator, a motoarelor trifazate cu rotorul în scurtcircuit ( colivie de veveriţă ), nu şi în cazul motoarelor asincrone cu rotor bobinat.

Pentru că am amintit de motoarele asincrone cu rotor bobinat, cred că prezintă interes a spune că şi aceste motoare se pot transforma în generatoare. Alimentând două din înfăşurările rotorului, cu curent continuu (şi evident rotind rotorul) motorul devine generator.

Acum ne intoarcem la motorul nostru, cu rotorul în scurtcircuit, utilizat în regim de generator. Deci dacă legăm câte un condensator, între punctul comun al stelei înfăşurărilor şi începutul fiecărei înfăşurări şi apoi rotim rotorul în jurul turaţiei de sincronism n ( puţin peste), atunci motorul devine generator.

Deci acesta ar fi un prim avantaj, conversia uşoară din motor în generator. Tot avantaj este şi faptul că acest tip de generator nu are nevoie de dispozitive de sincronizare pentru a lucra într-o reţea. Practic punerea în sincronism se realizeaza cuplând generatorul la reţea, dar fară a-l antrena mecanic. Adevarul este că poate fi antrenat şi mecanic (rotorul să se învârtă) dar turaţia să fie inferioară celei la care se intra în regim de generator.

În cazul unei eoliene situaţia ar fi urmatoarea:

În lipsa vântului, sau în cazul unui vânt slab (deşi vântul pune în mişcare eoliana, turaţia pe care o are este insuficientă pentru a se aduce motorul în regim de generator), se cuplează generatorul nostru la reţeaua în care va lucra. În urma acestei acţiuni generatorul nostru se va comporta ca un simplu motor asincron, adică se va pune în mişcare luând energie din reţea. Crescând viteza vântului, motorul nostru se supraturează şi ajunge în regim de generator. În această situaţie el va debita energie în reţea. Tensiunea debitată de generator este sincronă cu cea a reţelei în care debitează, şi nu mai sunt necesare aparate şi dispozitive ce trebuie să asigure controlul sincronismului şi conectarea generatorului la reţea, la momentul optim. Deci un plus la capitolul simplitate şi de aici, evident, la costuri. Faptul că atunci când vântul nu are suficientă viteză pentru a se genera energie electrică, motorul consumând energie de la reţea, este compensat pe de o parte de faptul că astfel se păstrează sincronismul cu reţeaua, pe de altă parte sa constatat că eoliana genereaza mai multă energie decât dacă ar porni din repaos. Explicaţia stă în faptul că pentru a pune un corp în mişcare, avem nevoie de mai multă energie decât pentru a întreţine mişcarea. De altfel e cunoscut faptul că o eoliană are nevoie pentru a porni de o viteză a vântului mai mare decât viteza minimă la care ea mai e capabilă să genereze energie. Tot avantaj e şi faptul că generatorul asincron poate porni atât în gol cât şi direct în sarcină.

Un alt aspect de reţinut e acela că pe masură ce vântul se înteţeşte şi turaţia generatorului creşte, la o anumită valoare a supraturaţiei, regimul de lucru al motorului se schimbă din nou, din regim de generator se trece în regim de frână. Deci un regim ce se opune creşterii turaţiei, tinzând spre uniformizarea acesteia. În cazul supraturaţiilor moderate (rafale de vânt, sau diferite cauze ce duc la supraturaţii) acest regim de frână poate să păstreze turaţia relativ constantă.